153 鉄骨梁と耐火間仕切壁で構成さ れる区画部材の開発 DEVELOPMENT OF FIRE RESISTIVE SEPARATING CONSTRUCTION CONSISTING OF STEEL BEAM AND FIREPROOF PARTITION WALL 日本建築学会技術報告集 第 20 巻 第 44 号,153-158,2014 年 2 月 AIJ J. Technol. Des. Vol. 20, No.44, 153-158, Feb., 2014 森田 武— ———— *1 近藤史朗— ———— *2 キーワード : 区画部材,鉄骨梁,耐火間仕切壁,巻付け耐火被覆, 耐熱ロックウール Keywords: Fire resistive separating construction, Steel beam, Fireproof partition wall, Wrap-type fireproof covering, Heat resistant rock wool Takeshi MORITA— ———— *1 Shiro KONDO— ーーーー *2 A separating construction consisting of steel beam and fireproof partition wall is developed. In the development of the construction, a full scale fire test and small scale fire tests are carried out in order to verify two performances. One performance is the interaction between beam and partition wall, and the other is thermal insulation capacity. As the result of tests, it is confirmed that the beam-wall interaction is not a problem, and that thermal insulation capacity depends on the temperature of beam. According to these results, a simplified calculation method of temperature on non-heated side of steel beam is proposed. *1 清水建設㈱技術研究所 主任研究員・博士(工学) (〒 135-8530 東京都江東区越中島 3-4-17) *2 清水建設㈱環境・技術ソリューション本部 主査・博士(工学) *1 Senior Research Engineer, Institute of Technology, Shimizu Corporation, Dr. Eng. *2 Manager, Environment & Technical Solution Division, Shimizu Corporation, Dr. Eng. 1.はじめに 本開発では,鉄骨梁と非耐力耐火間仕切壁(以下,間仕切壁と略す) で構成される区画部材を対象とし,一方の側は盛期火災を受け,他 方の側は火災による熱影響を受けない場合を想定した。この想定条 件の例として,エレベーターシャフト等の可燃物量が極めて少ない 竪穴空間まわりの区画が挙げられる。設計上,居室側は盛期火災に なったとしても,竪穴空間は局所火災になることが多く,熱影響は 局所火源に近い範囲に限られる。そのため,火災による熱影響を受 けない側の梁の耐火被覆を省略できる可能性がある。 梁の片側の耐火被覆を省略できると,耐火被覆材の使用量を半減 できるだけでなく,片側施工が可能な間仕切壁との組合せにより, 耐火被覆と間仕切壁の両方を片側から施工できるため,例えば竪穴 空間内に足場を組む必要がなくなるなど,施工の省力化が図れる。 一方,現行の耐火認定制度では,部材ごとの性能評価・認定が行 われており,梁と間仕切壁を一体化した区画部材に関する性能評価 法が定められてない。しかし,梁と間仕切壁が一体となった区画部 材を開発するためには,高温時における梁と間仕切壁の構造挙動や 温度性状等の相互作用を把握・評価する必要があると言える 1) 。 本開発では,片側のみを耐火被覆した梁と間仕切壁を一体化した 区画部材(以下,合成区画と称す)を実現することを目的として,実 大試験体の載荷加熱実験によって梁と間仕切壁の相互作用を把握す るとともに,部分模型試験体の加熱実験によって合成区画の仕様を 検討した。また,耐火時間・梁断面寸法・被覆厚等の種々の組合せ 条件に対応するため,耐火性能検証法 2) の考え方に準じて合成区画 の梁の鋼材温度算定式を導出し,裏面温度の予測方法を提案した。 2.実大試験体の載荷加熱実験 2.1 試験体 試験体は 2 時間耐火を目標としたもの 1 体とした。試験体を図 1 に示す。梁は小梁を想定して H-250×125×6×9(SS400)とした。梁 長は 5,800mm,支点間距離は 5,400mm である。耐火被覆材には巻付 けタイプの耐熱ロックウール(厚さ 65mm)を用いた。間仕切壁は,軽 鉄下地の片側に強化せっこうボード(厚さ21mm)を3層張り付けた, 2 時間の耐火性能を有する市販品を用いた。耐火被覆は,梁長さ方 向に約 300mm 間隔で梁の上下フランジに溶接ピンで固定するととも に間仕切壁にもビスで固定した。 試験体は,梁を実験装置の支持架台(単純支持)に設置し,後述の 固定荷重作用下において,梁中央部のランナー下面とスタッド上端 の隙間および下フランジ下面とせっこうボード上端の隙間が 20mm となるように,軽鉄下地の組み立て→せっこうボードの張り付け→ 耐火被覆の施工の順で製作した。なお,間仕切壁の施工後,積載荷 重を作用させた時点のこれらの隙間は約 15mm であった。 2.2 実験方法 (1)荷重 実際の建築物における長期設計荷重の調査結果 3) によると,鉄骨 梁の長期設計荷重時の曲げモーメントを長期許容曲げモーメントで 除した値(M 比)は,概ね 0.1~0.8 の範囲にあることが報告されてい る。また,一般的な事務所建築物の設計例における小梁に作用する 固定荷重と積載荷重の割合を調べたところ,固定荷重が 52%,積載 荷重が 48%であった。本実験では,梁と ALC 板の自重を考慮して,M 比が 0.8 になるように,梁支点間の 3 等分点となる 2 点に各々20.8kN, 合計 41.6kN の錘(鋼材)を載せて鉛直荷重を作用させることとした。 実験手順としては,施工の実情を考慮して,まず固定荷重相当の錘 (21.6kN)を梁上の 2 点の載荷位置に荷重が均等に作用するように載 せて間仕切壁を施工し,その後,積載荷重相当の錘(20.0kN)を追加 して梁上に載せて,一定荷重下で載荷加熱を行った。 (2)加熱 耐火被覆の施工面を加熱側とした。梁の有効加熱長さは 4,000mm,
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鉄骨梁と耐火間仕切壁で構成される区画部材の開発
DEVELOPMENT OF FIRE RESISTIVE SEPARATING CONSTRUCTION CONSISTING OF STEEL BEAM AND FIREPROOF PARTITION WALL
日本建築学会技術報告集 第 20 巻 第 44 号,153-158,2014 年 2 月
AIJ J. Technol. Des. Vol. 20, No.44, 153-158, Feb., 2014
A separating construction consisting of steel beam and fireproof partition wall is developed. In the development of the construction, a full scale fire test and small scale fire tests are carried out in order to verify two performances. One performance is the interaction between beam and partition wall, and the other is thermal insulation capacity. As the result of tests, it is confirmed that the beam-wall interaction is not a problem, and that thermal insulation capacity depends on the temperature of beam. According to these results, a simplified calculation method of temperature on non-heated side of steel beam is proposed.
Takeshi MORITA *1 Shiro KONDO *2 A separating construction consisting of steel beam and fireproof partition wall is developed. In the development of the construction, a full scale fire test and small scale fire tests are carried out in order to verify two performances. One performance is the interaction between beam and partition wall, and the other is thermal insulation capacity. As the result of tests, it is confirmed that the beam-wall interaction is not a problem, and that thermal insulation capacity depends on the temperature of beam. According to these results, a simplified calculation method of temperature on non-heated side of steel beam is proposed.
1.はじめに
本開発では,鉄骨梁と非耐力耐火間仕切壁(以下,間仕切壁と略す)
で構成される区画部材を対象とし,一方の側は盛期火災を受け,他
方の側は火災による熱影響を受けない場合を想定した。この想定条
件の例として,エレベーターシャフト等の可燃物量が極めて少ない
竪穴空間まわりの区画が挙げられる。設計上,居室側は盛期火災に
なったとしても,竪穴空間は局所火災になることが多く,熱影響は
局所火源に近い範囲に限られる。そのため,火災による熱影響を受
けない側の梁の耐火被覆を省略できる可能性がある。
梁の片側の耐火被覆を省略できると,耐火被覆材の使用量を半減
できるだけでなく,片側施工が可能な間仕切壁との組合せにより,
耐火被覆と間仕切壁の両方を片側から施工できるため,例えば竪穴
空間内に足場を組む必要がなくなるなど,施工の省力化が図れる。
一方,現行の耐火認定制度では,部材ごとの性能評価・認定が行
われており,梁と間仕切壁を一体化した区画部材に関する性能評価
法が定められてない。しかし,梁と間仕切壁が一体となった区画部
材を開発するためには,高温時における梁と間仕切壁の構造挙動や
温度性状等の相互作用を把握・評価する必要があると言える 1)。
本開発では,片側のみを耐火被覆した梁と間仕切壁を一体化した
区画部材(以下,合成区画と称す)を実現することを目的として,実
大試験体の載荷加熱実験によって梁と間仕切壁の相互作用を把握す
るとともに,部分模型試験体の加熱実験によって合成区画の仕様を
検討した。また,耐火時間・梁断面寸法・被覆厚等の種々の組合せ
条件に対応するため,耐火性能検証法 2)の考え方に準じて合成区画
の梁の鋼材温度算定式を導出し,裏面温度の予測方法を提案した。
2.実大試験体の載荷加熱実験 2.1 試験体
試験体は 2 時間耐火を目標としたもの 1 体とした。試験体を図 1
に示す。梁は小梁を想定して H-250×125×6×9(SS400)とした。梁
長は 5,800mm,支点間距離は 5,400mm である。耐火被覆材には巻付
けタイプの耐熱ロックウール(厚さ 65mm)を用いた。間仕切壁は,軽
鉄下地の片側に強化せっこうボード(厚さ21mm)を3層張り付けた,
2 時間の耐火性能を有する市販品を用いた。耐火被覆は,梁長さ方
向に約 300mm 間隔で梁の上下フランジに溶接ピンで固定するととも
に間仕切壁にもビスで固定した。
試験体は,梁を実験装置の支持架台(単純支持)に設置し,後述の
固定荷重作用下において,梁中央部のランナー下面とスタッド上端
の隙間および下フランジ下面とせっこうボード上端の隙間が 20mm
となるように,軽鉄下地の組み立て→せっこうボードの張り付け→
耐火被覆の施工の順で製作した。なお,間仕切壁の施工後,積載荷
重を作用させた時点のこれらの隙間は約 15mm であった。
2.2 実験方法
(1)荷重
実際の建築物における長期設計荷重の調査結果 3)によると,鉄骨
梁の長期設計荷重時の曲げモーメントを長期許容曲げモーメントで
除した値(M 比)は,概ね 0.1~0.8 の範囲にあることが報告されてい
る。また,一般的な事務所建築物の設計例における小梁に作用する
固定荷重と積載荷重の割合を調べたところ,固定荷重が 52%,積載
荷重が 48%であった。本実験では,梁と ALC 板の自重を考慮して,M
比が0.8になるように,梁支点間の3等分点となる2点に各々20.8kN,
合計 41.6kN の錘(鋼材)を載せて鉛直荷重を作用させることとした。
実験手順としては,施工の実情を考慮して,まず固定荷重相当の錘
(21.6kN)を梁上の 2 点の載荷位置に荷重が均等に作用するように載
せて間仕切壁を施工し,その後,積載荷重相当の錘(20.0kN)を追加
して梁上に載せて,一定荷重下で載荷加熱を行った。
(2)加熱
耐火被覆の施工面を加熱側とした。梁の有効加熱長さは 4,000mm,
*1 清水建設(株) 技術研究所 主任研究員・博士(工学)
(〒135-8530 東京都江東区越中島 3-4-17)
*1 Senior Research Engineer, Institute of Technology,
Shimizu Corporation, Dr. Eng. *2 清水建設(株) 環境・技術ソリューション本部 主査・博士(工学)